無固相弱凝膠鉆井液體系儲層保護效果室內試驗研究

王春華，易 鋒 (西南石油大學材料科學與工程學院，四川 成都 610500)

無固相弱凝膠鉆井液體系儲層保護效果室內試驗研究

王春華，易 鋒 (西南石油大學材料科學與工程學院，四川 成都 610500)

為了防止固相侵入對儲層，尤其是高滲透儲層，造成不可逆的損害，無固相鉆井液體系的應用越來越廣泛。雖然無固相鉆井液體系的應用大大減弱了固相侵入對儲層造成的損害，但是它也有其特殊的損害機理。以一種無固相弱凝膠鉆井液體系為例，利用高溫高壓動態損害評價儀、掃描電鏡、毛管流動孔隙結構儀等，系統評價了無固相體系的主要損害機理及其儲層保護效果。研究結果表明，單一的鉆井液體系對儲層損害程度較大，特別是對于高滲透儲層；無固相鉆井液體系的主要儲層損害機理為有機固相侵入和聚合物的吸附滯留損害；在鉆井液損害后使用破膠液對巖心進行解堵，滲透率恢復率得到了大幅度的提高。所以，最好把無固相鉆井液體系與破膠液作為一體化的鉆完井液體系應用于現場，才能獲得優良的儲層保護效果。

無固相；鉆井液；儲層保護；損害機理；破膠

高孔高滲砂巖儲層由于孔喉粗大，固相侵入是鉆井過程中最重要的儲層損害機理之一。因此許多研究者試圖通過不在鉆井液中加入固相來減弱或消除這種損害，從而研制出了多種無固相鉆井液體系。其中無固相弱凝膠體系是目前應用較廣泛的一種無固相鉆井液體系，特別是在水平井的造斜段和水平段現場應用很成功，它具有許多不同于傳統鉆井液的特殊性能：很好的熱穩定性；有利于攜砂；高的低剪切粘度，能有效地阻止固相、液相侵入儲層，并減少對井壁的沖蝕等[1-6]。下面。筆者針對無固相弱凝膠鉆井液體系的特點，通過室內模擬試驗對其損害機理及儲層保護效果進行深入系統的研究，為無固相鉆井液體系的配方優化及其在現場的應用提供依據。

1 試驗材料及方法

1.1鉆井液體系配方及性能

通過優選，所用鉆井液體系配方為：KCl鹽水+0.1%燒堿+0.2%純堿+5.0%有機淀粉+3.0%聚合醇+0.3%增粘劑+0.7%降濾失劑+HCOONa(加重劑)，其主要性能見表1。

表1 鉆井液體系主要性能指標

1.2巖心樣品的選取

試驗采用某油田儲層巖心，儲層巖石類型為細-中巖屑石英砂巖，顆粒呈次棱～次圓狀，分選中等；巖心有效孔隙度分布范圍在3.8%～28.4%，滲透率為(6.5～1272)×10-3μm2；儲層泥質膠結物含量平均為4.5%，粘土礦物以高嶺石和伊利石為主，其次為伊/蒙間層和綠泥石。

1.3儀器及測量參數

所有試驗均在西南石油大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室完成。利用自制的高溫高壓動態損害評價儀，模擬現場實際鉆井過程，評價鉆井液對儲層的損害程度。儀器測量參數如下：溫度為室溫～200℃；圍壓為2～50MPa；鉆井液循環流量為0～20L/min；試驗巖心為柱塞狀巖樣，直徑為2.54cm，長度為3～8cm。

2 試驗結果

2.1單一鉆井液動態損害評價

表2 單一鉆井液動態損害評價試驗結果 (壓差2MPa)

試驗步驟如下：①巖心洗油、烘干，抽空飽和地層水24h以上，煤油驅替建立束縛水飽和度；②煤油正向測定巖心油相滲透率Ko；③鉆井液在2MPa正壓差條件下反向循環2h，循環過程中詳細記錄鉆井液濾失量和巖心滲透率隨時間的變化關系；④煤油正向再測反排恢復油相滲透率Kod，計算巖心滲透率自然反排恢復率Ir1。試驗結果見表2和表3。由表2和表3可以看出：①在鉆井液循環5min后，巖心滲透率為(0.0774～0.1986)×10-3μm2，滲透率下降幅度為90.12%～99.85%；鉆井液濾失量也趨于穩定，說明鉆井液體系在循環后5min內即能形成較為致密的泥餅。②鉆井液循環2h的動態濾失量為5.4～6.5ml，平均5.9ml。③試驗巖心煤油滲透率自然反排恢復率為21.96%～64.18%，平均40.95%。其中低滲透巖心滲透率恢復率為42.35%～62.18%，平均52.11%；高滲透巖心恢復率為21.96%～26.47%，平均24.22%。單一鉆井液體系的儲層保護效果不是太好，特別對于高滲透砂巖儲層?？傮w上來看，無固相鉆井液體系能在循環5min內形成較為致密的泥餅，鉆井液濾失量較低。但鉆井液體系儲層保護效果不是太好，特別是對于高滲透儲層。

表3 鉆井液循環過程中不同時間點的累計濾失量和巖心近似滲透率變化

鉆井液體系對儲層主要損害機理是固相侵入和聚合物分子的吸附滯留(見圖1、圖2)。無固相鉆井液雖然名為無固相，但是其中只是不含無機固相，仍然含有有機固相淀粉。在正壓差作用下鉆井液中的固相會侵入儲層，堵塞孔喉。這種損害在高滲透儲層更加嚴重。同時由于無固相體系是聚合物體系，聚合物分子侵入儲層吸附在顆粒表面。

2.2破膠液解堵效果評價

由于無固相體系是聚合物體系，大分子鏈長、體積大、粘度高，一旦被擠入地層，容易吸附、滯留在孔隙中，造成油流受阻、油井產能降低。因此，必須使用破膠劑對鉆井液損害后的儲層進行破膠，有效地清除侵入儲層的固相和聚合物，恢復儲層滲透率。目前主要的破膠方式有3種：氧化劑破膠、酶化學破膠和酸破膠[6]。筆者采用氧化劑破膠，通過優選，破膠液配方：鹽水+2.0%粘土穩定劑+0.2%助排劑+1.5%氧化破膠劑。試驗流程如下：①試驗巖心洗油、烘干，抽空飽和地層水24h以上，煤油驅替建立束縛水飽和度；②煤油正向測試巖心油相滲透率Ko；③在2MPa正壓差下反向循環鉆井液2h；④將試驗巖心取出，在儲層溫度下浸泡在破膠液中；⑤巖心在破膠液中浸泡3d后取出，煤油正向測定油相滲透率Kod，計算滲透率恢復率Ir1。

圖1 鉆井液中的有機固相在儲層

圖2 聚合物分子在巖石顆粒表面吸附滯留

表4 破膠液解堵評價試驗結果

試驗結果見表4。試驗巖心在PRD破膠液中浸泡3d后，巖心滲透率自然反排恢復率為80.04%～88.62%，平均84.17%。相對于鉆井液損害后立即反排的試驗結果，破膠液浸泡后滲透率反排率得到較大幅度的提高。

破膠液浸泡增大儲層反排效果的主要機理就是通過降解一些堵塞儲層孔喉的大分子聚合物，形成較小的分子片，解除大分子的粘彈效應，使內外濾餅得到有效的清除，恢復儲層滲透率。破膠液浸泡后的儲層反排恢復率相對于鉆井液循環后立即反排有了大幅度的提高，使用破膠液能較好地解除無固相鉆井液對儲層的堵塞，可取得較佳的解堵效果。

3 結論與建議

1)無固相弱凝膠鉆井液體系能在循環5min內形成較為致密的泥餅，鉆井液濾失量較低。但鉆井液體系儲層保護效果不是太好，尤其是對于高滲透儲層。

2)無固相鉆井液體系對儲層主要的損害機理為有機固相侵入和聚合物的吸附滯留。

3)使用破膠液浸泡能較好的解除無固相鉆井液對儲層的堵塞，浸泡后試驗巖心滲透率反排恢復率大于80%。因此建議把無固相鉆井液和破膠液作為一體化的鉆完井液體系應用，才能取得較好的儲層保護效果。

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[2]張斌,杜小勇.無固相弱凝膠鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2005,22(5):35-37.

[3]尤源,張潔.一種無固相鉆井液的研制及應用[J].天然氣工業，2006,26(3):78-80.

[4]江山紅,郭才軒.無固相鉆井完井液在欠平衡鉆井中的應用[J].石油鉆采工藝，2002,24(5):27-29.

[5]沙東,湯新國.甲酸鹽無固相鉆井液體系在大港灘海地區的應用[J].石油鉆探技術，2003,31(2):29-32.

[6]馬美娜，許明標，唐海雄,等.有效降解PRD鉆井液的低溫破膠劑JPC室內研究[J].油田化學， 2005,22(4):289-291.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.021

TE254.3

A

1673-1409(2012)01-N064-03